Виды радиоактивных излучений

9 ноября 2021
    1. Альфа излучение 2. Нейтронное излучение 3. Бета излучение 4. Гамма излучение 5. Рентгеновское излучение 6. Ионизирующее излучение 7. Инфракрасное излучение 8. Космическое излучение 9. Тепловое излучение 10. Излучение абсолютно чёрного тела

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют – ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение, или еще проще радиация. К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация – это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация – это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа излучение

Альфа излучение-это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.

альфа излучение

Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок. Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.

Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.

Нейтронное излучение

Нейтроны классифицируются в соответствии с их скоростью или энергией. Нейтронное излучение состоит из свободных нейтронов. Эти нейтроны могут испускаться во время самопроизвольного или индуцированного ядерного деления.

Нейтроны — это редкие частицы излучения; они производятся в больших количествах только там, где активны реакции деления или синтеза цепной реакции; это происходит в течение примерно 10 микросекунд при термоядерном взрыве или постоянно внутри работающего ядерного реактора; производство нейтронов в реакторе практически сразу прекращается, когда масса ядерного топлива становится некритической.

Нейтроны — это единственный тип ионизирующего излучения, которое может сделать другие объекты или материалы радиоактивными. Этот процесс, называемый нейтронной активацией, и является основным методом, используемым для производства радиоактивных источников для медицинских, научных и промышленных целей. Даже сравнительно низкоэнергетические тепловые нейтроны вызывают активацию нейтронов (фактически, они вызывают её более эффективно чем быстрые).

Нейтроны не ионизируют атомы так же, как заряженные частицы, такие как протоны и электроны (путем возбуждения электрона), потому что нейтроны не имеют заряда. Именно благодаря их поглощению ядрами, которые затем становятся нестабильными, они вызывают ионизацию.

Следовательно, нейтроны считаются «косвенно ионизирующими». Даже нейтроны без значительной кинетической энергии косвенно ионизируют вещество и, таким образом, представляют значительную радиационную опасность.

Не все материалы способны к нейтронной активации; например, в воде наиболее распространенные изотопы присутствующих атомов обоих типов (водород и кислород) захватывают нейтроны и становятся тяжелее, но остаются относительно стабильными формами этих атомов. Только поглощение более чем одного нейтрона — статистически редкое явление — может активировать атом водорода, в то время как кислород требует двух дополнительных поглощений.

Таким образом, вода обладает очень слабой способностью к активации. Соли натрия (как в морской воде), с другой стороны, должны поглощать только один нейтрон, чтобы стать Na-24, который является очень интенсивным источником бета-распада, с периодом полураспада 15 часов.

Кроме того, высокоэнергетические (высокоскоростные) нейтроны обладают способностью непосредственно ионизировать атомы. Один механизм, посредством которого нейтроны высокой энергии ионизируют атомы, состоит в том, чтобы ударить ядро атома и выбить атом из молекулы, оставляя один или несколько электронов позади, разрушая химическую связь. Это приводит к образованию химических свободных радикалов.

Кроме того, нейтроны очень высокой энергии могут вызывать ионизирующее излучение в результате «расщепления нейтронов» или выбивания, при котором нейтроны вызывают выброс протонов высоких энергий из атомных ядер (особенно ядер водорода) при ударе. Последний процесс передает большую часть энергии нейтрона протону, так же, как один бильярдный шар ударяется о другой. Заряженные протоны и другие продукты таких реакций вызывают прямую ионизацию.

Нейтроны высокой энергии обладают высокой проникающей способностью и могут путешествовать на большие расстояния в воздухе (сотни или даже тысячи метров) и умеренные расстояния (несколько метров) в обычных твердых телах. Как правило, они требуют экранирования веществом, обогащенного водородом, такого как бетон или вода, чтобы блокировать их пробег на расстояниях менее метра.

Обычный источник нейтронного излучения находится внутри ядерного реактора, где в качестве эффективного экранирования используется слой воды толщиной в несколько метров.

Бета излучение

    бета излучение
  • излучаются: электроны или позитроны
  • проникающая способность: средняя
  • облучение от источника: до 20 м
  • скорость излучения: 300 000 км/с
  • ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
  • биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

гамма излучение

Возникает при:

  • распаде ядра;
  • переходе его из возбужденного состояния в стабильное;
  • взаимодействии ионов; аннигиляции электрона и позитрона.

Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью. Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования. Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.

Рентгеновское излучение

Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны с длиной волны менее примерно 10−9 м (более 3 × 10 17 Гц и 1240 эВ). Меньшая длина волны соответствует более высокой энергии в соответствии с уравнением E = hc/λ. («E» — энергия; «h» — постоянная Планка; «c» — скорость света; «λ» — длина волны.)

Когда рентгеновский фотон сталкивается с атомом, атом может поглощать энергию фотона и поднять электрон на более высокий уровень или, если фотон очень энергичен, он может полностью выбить электрон из атома, вызывая ионизацию атома.

Как правило, более крупные атомы с большей вероятностью поглощают рентгеновский фотон, поскольку они имеют большие различия в энергии между электронами на разных уровнях. Мягкие ткани в организме человека состоят из атомов меньшего размера, чем атом кальция, из которых состоит кость, следовательно, существует контраст в поглощении рентгеновских лучей.

Рентгеновские аппараты специально разработаны для использования разницы в абсорбции кости и мягких тканей, что позволяет врачам исследовать структуру человеческого тела.

Рентгеновские лучи также полностью поглощаются толщиной земной атмосферы, что приводит к предотвращению попадания солнечного излучения в рентгеновских лучах, меньшего по количеству, чем ультрафиолетовое излучение, но тем не менее мощного, к поверхности.

Ионизирующее излучение

некоторые виды ионизирующего излучения могут быть обнаружены в камере вильсона.Излучение с достаточно высокой энергией может ионизировать атомы; то есть оно может выбивать электроны из атомов, создавая ионы.

Ионизация происходит, когда электрон вырывается (или «выбивается») из электронной оболочки атома, таким образом что оставляет атом с чистым положительным зарядом.

Поскольку живые клетки и, что более важно, ДНК в этих клетках могут быть повреждены этой ионизацией, считается, что воздействие ионизирующего излучения увеличивает риск развития рака.

Таким образом, «ионизирующее излучение» несколько искусственно отделено от излучения частиц и электромагнитного излучения просто из-за его огромного потенциала для биологического повреждения. В то время как отдельная клетка состоит из триллионов атомов, только небольшая их часть будет ионизирована при низкой или средней мощности излучения.

Вероятность того, что ионизирующее излучение вызовет рак, зависит от поглощенной дозы облучения и зависит от тенденции к повреждению от типа излучения и чувствительности облученного организма или ткани (эффективная доза).

Если источником ионизирующего излучения является радиоактивный материал или ядерный процесс, такой как деление или синтез ядер, то необходимо рассмотреть вопрос об излучении частиц. Излучение частиц представляет собой излучение субатомной частицы, ускоренной ядерными реакциями до релятивистских скоростей. Из-за их импульсов они вполне способны выбивать электроны и ионизировать материалы, но, поскольку большинство из них имеют электрический заряд, они не обладают проникающей способностью ионизирующего излучения.

Исключение составляют нейтральные частицы; смотри ниже. Существует несколько видов этих частиц, но большинство из них — это альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны и протоны. Грубо говоря, фотоны и частицы с энергией выше примерно 10 электрон-вольт (эВ) — ионизирущие (некоторые авторитеты используют энергию 33 эВ, соответствующую энергии ионизации для воды). Излучение частиц от радиоактивного материала или космических лучей почти всегда несет достаточно энергии для ионизации.

Большая часть ионизирующего излучения исходит от радиоактивных материалов и космоса (космических лучей) и, как таковая, естественным образом присутствует в окружающей среде, поскольку большинство камней и почвы содержат небольшие концентрации радиоактивных материалов.

Поскольку это излучение невидимо и не может быть непосредственно обнаружено человеческими чувствами, такие приборы, как счетчики Гейгера, обычно требуются для обнаружения его присутствия.

В некоторых случаях это может привести к вторичной эмиссии видимого света при его взаимодействии с веществом, как в случае черенковского излучения и радиолюминесценции.

Ионизирующее излучение имеет множество практических применений в медицине, исследованиях и строительстве, но представляет опасность для здоровья при неправильном использовании.

Воздействие радиации приводит:

  • к повреждению живой ткани;
  • высокие дозы приводят к острой лучевой болезни с ожогами кожи, выпадением волос, органической недостаточности и смертью, в то время как любая доза может привести к увеличению вероятности рака и генетическим повреждениям;
  • особой формы рака, рака щитовидной железы, часто возникает, когда ядерное оружие и реакторы являются источником излучения из-за биологической активности радиоактивного продукта деления йода, йода-131.

Тем не менее расчет точного риска и вероятности образования рака в клетках, вызванного ионизирующим излучением, до сих пор не совсем понятен, и в настоящее время оценки неточно определяются по популяционным данным основанных на атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки и из последующих событий ядерных аварий, таких как чернобыльская катастрофа, Авария на АЭС Фукусима (Фукусимская катастрофа).

Международная комиссия по радиологической защите заявляет, что «Комиссия осведомлена о неопределенности и недостаточной точности моделей и значений параметров», «Коллективная эффективная доза не предназначена в качестве инструмента для оценки эпидемиологического риска, и её нецелесообразно использовать в прогнозах риска» и, «в частности, следует избегать расчета числа случаев смерти от рака на основе коллективных эффективных доз из простых индивидуальных доз.»

Инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение – имеет электромагнитную природу, ему присущи волны длиной 0,76 мкм. Их основным источником является солнце, благодаря этой особенности солнце не только светит, но и греет. Все живые существа также излучают инфракрасные лучи, но невидимые человеческому глазу.

Коротковолновые ИК-лучи пагубно влияют на человека, так как способны существенно нагревать кожные покровы. Способность проникать на несколько сантиметров под кожу может спровоцировать ожоги, волдыри, солнечный удар с последующей госпитализацией.

Большую угрозу ИК-свет несет для глаз. Длительное воздействие на сетчатку приводит к судорогам, водно-солевому дисбалансу, катаракте.

Космическое излучение

Существует два источника частиц высокой энергии, попадающих в атмосферу Земли из космоса: Солнце и дальний космос. Солнце непрерывно испускает частицы, в первую очередь свободные протоны в солнечном ветре и иногда значительно увеличивает поток с выбросами корональной массы.

Частицы из дальнего космоса (меж – и внегалактические) встречаются гораздо реже, но имеют гораздо более высокие энергии. Эти частицы также в основном протоны, причем большая часть остатка состоит из гелионов (альфа-частиц). Несколько полностью ионизованных ядер более тяжелых элементов также присутствуют.

Происхождение этих галактических космических лучей ещё недостаточно изучено, но они, кажется, являются остатками сверхновых и особенно гамма-всплесков, которые имеют магнитные поля, способные к огромным ускорениям, измеренным по наличию этих частиц. Они также могут генерироваться квазарами, которые представляют собой явление реактивной струи но в масштабе всей галактики, похожее на гамма-всплески явление, но известное своим гораздо большими размерами, и которые, по-видимому, являются интенсивной частью ранней истории Вселенной.

Тепловое излучение

При тепловом излучении энергия внутренних хаотических тепловых движений частиц непрерывно переходит в энергию испускаемого электромагнитного излучения.

Тепловым излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами за счет их внутренней энергии.

Если излучающее тело окружить оболочкой с идеально отражающей поверхностью, то через некоторое время эта система придет в состояние теплового равновесия. Поглощенное телом количество теплоты станет равным количеству теплоты, переданному окружающей среде.

Излучение абсолютно чёрного тела

Излучение абсолютно черного тела — это идеализированный спектр излучения, излучаемого телом, имеющим одинаковую температуру. Форма спектра и общее количество энергии, излучаемой телом, является функцией абсолютной температуры этого тела. Излучаемое излучение охватывает весь электромагнитный спектр, а интенсивность излучения (мощность/единица площади) на данной частоте описывается законом излучения Планка.

Для данной температуры чёрного тела существует определённая частота, на которой излучаемое излучение имеет максимальную интенсивность. Эта максимальная частота излучения сдвигается к более высоким частотам, когда температура тела увеличивается. Частота, на которой излучение чёрного тела является максимальным, определяется законом смещения Вина и является функцией абсолютной температуры тела.

Чёрное тело — это то, которое излучает при любой температуре максимально возможное количество излучения на любой данной длине волны.

Чёрное тело также будет поглощать максимально возможное падающее излучение на любой заданной длине волны. Таким образом, чёрное тело с температурой, равной или ниже комнатной, будет казаться абсолютно чёрным, поскольку оно не будет отражать падающий свет и не будет излучать достаточно излучения на видимых длинах волн, чтобы наши глаза могли его обнаружить.

Теоретически, чёрное тело испускает электромагнитное излучение по всему спектру от очень низких частот радиоволн до рентгеновских лучей, создавая континуум излучения.

Цвет излучающего чёрного тела говорит о температуре его излучающей поверхности. Он отвечает за цвет звезд, которые варьируются от инфракрасного до красного (2500 К), жёлтого (5800 К), белого и сине-белого (15 000 К), когда пиковое излучение проходит через эти точки в видимом спектре, Когда пик находится ниже видимого спектра, тело является чёрным, в то время как когда оно находится выше видимого спектра, то видится как сине-белое, так как все видимые цвета представлены от синего, уменьшающегося до красного.

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Чем выше "коэффициент k" тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Какое самое опасное из них для человека

Излучения – неотъемлемая часть жизни современного человека. Исключить контакт с источниками, испускающими энергию в виде волн, практически невозможно.

Дом, работа, трaнcпорт, отдых – везде человек подвергается опасности. Сталкиваясь с разными видами излучений, живой организм получает больший или меньший урон здоровью.

Однако самым опасным излучением для человека является радиация – ее влияние чаще всего приводит к летальному исходу и необратимым последствиям.

Источники:

https://nauka. club/fizika/alfa-beta-gamma-izlucheniya. html

https://doza. pro/art/types_of_radiation

https://wiki2.org/ru/Излучение#Нейтронное_излучение

https://detdom-vidnoe.ru/for_parents/4354.php

https://www.evkova.org/vidyi-izluchenij-v-fizike#Тепловое%20излучение%20равновесное%20излучение


Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]